CIMENTO PORTLAND E CONCRETO COM ADIÇÕES POZOLÂNICAS

Segundo MEHTA & MONTEIRO (1994), a economia de custos deve ter sido a razão pri ncipal para o desenvolvimento de cimentos Portland compostos com adições minerais, sejam elas pozolânicas, cimentantes ou de efeito fíler.

A utilização de adições minerais altera as propriedades reológicas, micro e macroestruturais dos cimentos, argamassas ou concretos, podendo prover benefícios ou não. A maior parte destas alterações está associada à granulometria fina das adições (efeito físico), à atividade pozolânica (efeito químico), ou a combinação de ambos. O beneficiamento causado pelas adições minerais é função direta da dosagem, condições de cura, características físico-químicas e mineralogia do material empregado (DAL MOLIN, 2005).

As adições pozolânicas devem possuir a capacidade de se combinar com o Ca (OH)2 produzido durante a hidratação da pasta de cimento Portland, evitando os efeitos negativos descritos anteriormente. Os materiais pozolânicos possuem os mesmos óxidos utilizados no

cimento P ortland (SiO2, Al2O3 e Fe2O3), que irão reagir com o Ca(OH)2. Esta interação recebe o nome de reação pozolânica.

MEHTA & MONTEIRO (1994) descrevem simplificadamente a formação de C-S-H a partir de cimento Portland e cimento Portland pozolânico da seguinte forma:

• C i m e n t o P o r t l a n d ( r e a ç ã o r á p i d a ) : C3S + H C-S-H + CH

• C i m e n t o P o r t l a n d p o z o l â n i c o ( r e a ç ã o l e n t a ) : Pozolana + CH + H C-S-H

Das reações pozolânicas decorrem três aspectos positivos para a qualidade da pasta:

I. A reação é mais lenta, se comparada ao cimento Portland comum. Assim, a liberação de calor e aumento da resistência também acontecem de forma mais lenta.

II. A reação pozolânica consome Ca(OH)2 presente, ao invés de liberá-lo. Esta interação é responsável pela formação de produtos com propriedades aglomerantes, do mesmo tipo dos formados na hidratação dos C-S-H, porém de natureza diferente, com relação CaO/SiO2 mais baixa (menos alcalinos), mais resistente aos meios agressivos. A figura 3.1 mostra as mudanças na proporção do Ca(OH)2 durante o período de cura, comparando uma amostra contendo apenas cimento P ortland com outra, que possui 40% de material pozolânico.

Figura 3.1 – Hidróxido de cálcio X cura Fonte: LEA, 1971

III. Os produtos desta reação são eficientes no preenchimento de espaços capilares grandes, promovendo incremento da impermeabilidade, com conseqüentes melhorias da resistência mecânica e durabilidade. METHA (1987) estudou os efeitos da hidratação por meio de um teste de penetração de água em corpos-de-prova com percentuais de terra de Santorini em substituição ao cimento Portl and, conforme apresentado na tabela 3.2.

Tabela 3.2 - Penetração de água em pastas de cimento Portland e pozolana PROFUNDIDADE DE PENETRAÇÃO (mm)

Terra de Santorini TEMPO DE

HIDRATAÇÃO _{Cimento Portland}

10% 20% 30%

28 dias 26 24 25 25

90 dias 25 23 23 22

1 ano 25 23 18 15

Observa-se a redução significativa na permeabilidade das amostras contendo 20 e 30% de material pozolânico após um ano. Esta redução é decorrente da reação pozolânica, que transforma o Ca(OH)2 em C-S-H, reduzindo, assim, a largura dos poros capilares. SANTOS (1992) acredita que algumas pozolanas possam apresentar efeitos benéficos sobre as reações álcali-agregado, inibindo-as ou impedindo-as, por serem capazes de reagir ou adsorver os álcalis liberados pelo cimento (geralmente expressos por K2O e Na2O). Esta opinião é compartilhada por MEHTA (1987), que cita duas correntes de pesquisa sobre o assunto. Segundo ele, alguns pesquisadores acreditam que a reação álcali-agregado é causada pela pressão osmótica, quando o gel de silicatos alcalinos absorve grandes quantidades de água. Dependendo do tamanho dos grãos, reatividade e percentual de material pozolânico na amostra, o gel poderia ser distribuído uniformemente ao longo do concreto, evitando a formação de uma massa concentrada do gel, que poderia causar pressão osmótica localizada suficiente para a ruptura. Entretanto, outros pesquisadores acreditam que, na presença de material pozolânico, ao invés de gel de sílica alcalina, são formados silicato de cálcio alcalinos de baixa razão álcali/agregado, que possui solubilidade mais leve. Entretanto, o autor alerta que nem todas as pozolanas naturais são efetivas no combate à reação álcali- agregado. A figura 3.2 apresenta a expansão percentual de uma amostra de terra de Santorini, em relação ao tempo de cura.

Figura 3.2 – Expansão (%) X cura

Fonte: MEHTA, 1981 apud MEHTA, 1987.

MIELENZ (1950, apud Santos, 1992), descreve resumidamente as vantagens e desvantagens decorrentes do emprego de pozolanas em concretos, a saber:

V an tag en s:

• A r e a ç ã o á l c a l i - a g r e g a d o p o d e s e r m u i t o r e t a r d a d a o u i n i b i d a ; • A r e s i s t ê n c i a d o c o n c r e t o a o a t a q u e p o r á g u a s n a t u r a i s ,

especialmente as ricas em sulfato, pode ser aumentada;

• A p r o d u ç ã o d e c a l o r p o r e s t r u t u r a s m a c i ç a s p o d e s e r r e d u z i d a ; • A q u a n t i d a d e e o c u s t o d o c o m p o n e n t e c i m e n t o p o d e m s e r

reduzidos;

• A r e s i s t ê n c i a à t r a ç ã o d o c o n c r e t o p o d e s e r a u m e n t a d a ; • A p e r m e a b i l i d a d e d o c o n c r e t o p o d e s e r r e d u zi d a ;

• P r o p r i e d a d e s a n t e s n o i n í c i o d a p e g a p o d e m s e r m e l h o r a d a s (trabalhabilidade, tendência à segregação e exsudação de água).

D es v an t ag e n s:

• A u m e n t o d o c o n s u m o d e á g u a , c o m c o n s e q ü e n t e a u m e n t o d a retração por secagem;

• P o s s í v e l d i m i n u i ç ã o d a r e s i s t ê n c i a à c o m p r e s s ã o ;

• P o s s í v e l d i m i n u i ç ã o d a r e s i s t ê n c i a a o c o n g e l a m e n t o e / o u descongelamento;

• D i m i n u i ç ã o d a v e l o c i d a d e d e e n d u r e c i m e n t o e d e s e n v o l v i m e n t o da resistência mecânica;

O efeito de adições pozolânicas sobre o cal or de hidratação foi estudado por MASSAZZA e COSTA (1979) apud MEHTA(1987). Os pesquisadores demonstraram a redução do calor de hidratação com o uso de adições pozolânicas, conforme apresentado pela figura 3.3. Pode-se observar que a relação de decréscimo do calor de hidratação não é proporcional ao percentual de cimento Portland substituído.

Figura 3.3 – Calor de hidratação X % de material pozolânico Fonte: MASSAZZA e COSTA (1979) apud MEHTA (1987).

Além dos temas já abordados neste capítulo, MEHTA (1987) também pesquisou as propriedades de concretos contendo adições pozolânicas, entre elas: desenvolvimento da resistência à compressão, resistência ao ataque de sulfatos e a retração por secagem. As figuras 3.4 e 3.5 mostram os resultados dos ensaios de resistência à compressão executados pelo ele.

Figura 3.4 – Resistência à compressão até 28 dias Fonte: MEHTA, 1981 apud MEHTA, 1987.

Figura 3.5 – Resistência à compressão até 1 ano Fonte: MEHTA, 1981 apud MEHTA, 1987.

Até o vigésimo oitavo dia, as amostras contendo pozolana apresentaram incremento substancial à resistência. Entretanto, após um ano, os resultados das amostras contendo 20 e 30% de terra de Santorini ficaram muito próximo ao padrão de referência, e a amostra contendo 10% de pozolana teve um desempenho melhor que o padrão.

Em relação à retração por secagem, amostras contendo cimento Portland-pozolana comumente apresentam maiores valores se comparadas à amostras com somente cimento Portland. Entretanto, o autor cita que nem sempre isto ocorre. Segundo ele, existem duas explicações prováveis para os valores de retração de amostras contendo pozolana nem sempre sejam tão altas quanto o esperado. A primeira é que o efeito restringente do agregado na retração da pasta é mais determinante que a influência da pozolana sobre a amostra. Outra teoria é a de que a presença de pozolana na amostra torna a zona de transição pasta-agregado mais forte, se comparada à amostra sem pozolana, considerando-se a mesma relaç ão água/cimento. Neste caso, há um aumento da resistência à tração e à flexão, com conseqüente aumento da resistência à retração.

A figura 3.6 mostra a retração por secagem percentual em relação ao tempo de cura de amostras contendo terra de Santorini.

Figura 3.6 – Retração por secagem X tempo Fonte: MEHTA, 1981 apud MEHTA, 1987.

Quanto à resistência ao ataque de sulfatos, MEHTA afirma que a adição de material pozolânico ao cimento Portland traz benefícios, pois a reação pozolânica, al ém de diminuir a permeabilidade do concreto, também forma produtos mais resistentes aos sulfatos (C-S-H com baixa relação CaO/SiO2). As tabelas 3.3 E 3.4 apresentam os resultados das pesquisas do autor sobre a expansão e a resistência à compressão de corpos-de-prova imersos em solução de sulfatos.

Tabela 3.3 - Expansão de corpos-de-prova imersos em sulfatos (solução 10% Na2SO4)

EXPANSÃO AMOSTRA

4 semanas 8 semanas 12 semanas 26 semanas

Cimento Portland 0,004 0,034 0,212 0,520 10% Terra de Santorini 0,006 0,018 0,071 0,285 20% Terra de Santorini 0,007 0,010 0,048 0,050 30% Terra de Santorini 0,006 0,008 0,027 0,050

Tabela 3.4 - Perda de resistência à compressão (solução 4% Na2SO4)

AMOSTRA RESISTÊNCIA ANTES DA IMERSÃO (MPa) RESISTÊNCIA APÓS 28 DIAS DE IMERSÃO PERDA DE RESISTÊNCIA Cimento Portland 18,0 6,1 65% 10% Terra de Santorini 18,5 9,5 49% 20% Terra de Santorini 16,1 12,9 20% 30% Terra de Santorini 15,2 12,8 16%

Fonte: MEHTA, 1981 apud MEHTA, 1987.

Ambos os resultados demonstraram a superioridade das amostras contendo 20 e 30% de adição pozolânicas. Entretanto, assim como ocorre nas informações sobre as reações álcali-agregado, nem todas as pozolanas melhoram a durabilidade do concreto quanto ao ataque de sulfatos.

Nos dias atuais, com o crescente emprego de adições pozolânicas aos cimentos e concretos, as vantagens e desvantagens descritas devem ser verificadas para cada caso, já que existem várias opções, com diferenças entre si quanto à composição e aplicações, conforme apresentado nos itens 2.1 e 2.2 do presente trabalho. Os problemas com o aumento de consumo de água, por exemplo, pode ser atenuado ou resolvido com a utilização de aditivos plastificantes ou superplastificantes. Já os problemas relacionados c om a retração plástica podem ser solucionados por métodos eficazes de cura.

3.4. CARACTERÍSTICAS FÍSICO-QUÍMICAS DE ADIÇÕES DE CERÂMICA